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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selektiven Entfernung
von Nitrilen aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung.
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In
Beschickungen, welche ansonsten wertvolle Fraktionen enthalten,
sind Nitrilverbindungen oftmals unerwünschte Verunreinigungen.
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Insbesondere
C4- und C5-Verschnitte aus FCC-Einheiten können für die Darstellung oxidierter
Verbindungen wie MTBE, ETBE, TAME und ähnlichem verwendet werden.
Diese Beschickungen enthalten jedoch typischerweise Nitrile und
Diolefine. Die Diolefine können üblicherweise
vor und/oder im Veretherungsreaktor hydriert werden. Nitrile müssen jedoch
vor dem Reaktor und somit in Gegenwart von Dienen entfernt werden, welche
die Beschickung hochreaktiv machen.
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Vorgeschaltete
Verfahren zur Nitrilentfernung beinhalten Waschen, allerdings kann
Propionitril nicht durch Waschen entfernt werden. Es wird jedoch
angenommen, dass Propionitril in Gegenwart von Hydrierkatalysatoren
einer Umwandlung zu vollständig
oder teilweise hydrierten Produkten, die sich wie basischer Stickstoff
verhalten und schnell die sauren Stellen des Veretherungs-Katalysators
vergiften, unterliegt. Es ist offensichtlich, dass ein Bedarf für ein Verfahren
zur Entfernung von Nitrilverbindungen, insbesondere von Propionitril,
verbleibt, wobei das zur Entfernung verwendete Mittel für Nitrile
selektiv ist und eine lange Lebensdauer bezüglich der selektiven Entfernung
von Nitril, insbesondere in Gegenwart von relativ großen Mengen
an Dienen, aufweist.
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Zusätzlich enthält das zur
Behandlung solcher reaktiven Beschickungen unter Adsorptionsbedingungen
verwendete Adsorbens die entfernten Nitrile und andere Verunreinigungen.
Es ist wünschenswert,
einen Desorptionsprozess zur Verfügung zu stellen, bei dem das
Verfahren die Verunreinigungen ohne Beschädigung des Adsorbens entfernt,
so dass es über
längere
Zeiträume
hinweg in einen Adsorptionszustand zurückgebracht werden kann.
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Das
US-Patent US-A-5,834,392 des Anmelders offenbart ein Adsorbens zur
selektiven Entfernung von Nitril aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung,
umfassend eine im Wesentlichen homogene Mischung eines kationischen,
nicht-sauren Zeoliths und einer anorganischen Oxid-Matrix, wobei
das Zeolith einen Zugänglichkeitsindex
(accessebility index) von zwischen ungefähr 0,1 bis ungefähr 0,4 aufweist,
und. das Adsorbens in der Lage ist, mindestens ungefähr 80% des
Nitril-Gehalts während
des Kontakts mit mindestens ungefähr 200 Volumeneinheiten der
Beschickung pro Volumeneinheit des Adsorbens zu adsorbieren, wenn
es im Kontakt mit einer Kohlenwasserstoffbeschickung ist, die Nitril
und Diene in einer Menge von mindestens ungefähr 1,0 Vol.-% enthält.
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In
der Patentschrift US-A-5,271,835 ist ein Verfahren zur Verbesserung
einer Katalysatorleistung offengelegt, das zur Gewinnung von Motoren-Kraftstoffverbindungen
führt.
Besonders vorzugsweise wird das Verfahren zur Entfernung von H2S, Schwefelverbindungen, Spuren von Acetonitril
oder Aceton oder Propionitril aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung,
umfassend eine C3-C5-Produktfraktion
aus einer flüssig-katalytischen
Krackeinheit, welche nachfolgend in einem Veretherungsprozess zur
Produktion von Ethern wie MTBE und TAME und/oder einem Alkylierungsverfahren
zur Herstellung von Alkylaten verwendet werden kann, eingesetzt.
Die Kohlenwasserstoffbeschickung wird zu einer Amin-Behandlungszone,
einer Mercaptanschwefel-Entfernungszone
und einer Adsorptionszone zur Entfernung der Schwefelverbindungen,
Wasser und Spuren (trace amounts) von Acetonitril oder Aceton oder
Propionitril weitergeleitet. Die Wiederaufbereitung der Adsorptionszone
umfasst das Inkontaktbringen des Sorbens mit einem geheizten Regenerie rungsmittel-Dampfstrom.
Der verbrauchte Regenerierungsmittel-Dampfstrom wird kondensiert,
um eine Kohlenwasserstoffphase und eine wässrige Phase bereit zu stellen.
Die Spuren von Acetonitril, Aceton, und Propionitril werden aus
der wässrigen
Phase entfernt. Die Kohlenwasserstoffphase wird zur Entfernung von
Schwefelverbindungen behandelt und kann als Regenerierungsmittel
zurückgeführt werden.
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Es
ist daher die vornehmliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zur Behandlung einer Beschickung wie z. B. einer FCC-C4-C7-Beschickung
mit einem Nitrilselektiven Adsorbens gemäß der Erfindung bereitzustellen,
um so effektiv und selektiv Nitril-Verbindungen zu entfernen, wobei
das Adsorbens unter Verwendung eines selektiven Desorbens wiedergewonnen
werden kann. Teil dieser Erfindung ist ein Nitril-selektives Adsorbens,
welches bei der Verwendung, sogar in Gegenwart von Dienen, nicht
schnell deaktiviert wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Desorptionsmethode zur Entfernung der vom Adsorbens zurückgehaltenen
Verunreinigungen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, ein geeignetes
Desorbens zur Entfernung der vom Adsorbens zurückgehaltenen Verunreinigungen
zur Verfügung
zu stellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Desorptionsverfahrens zur Wiederherstellung eines derartigen
Adsorbens in einen Adsorptionszustand über längere Zeiträume hinweg.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile werden im Folgenden erwähnt.
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Gemäß der Erfindung
werden die voranstehenden Aufgaben und Vorteile leicht erreicht.
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Die
Erfindung bietet ein Verfahren zur Herstellung eines Adsorbens an,
welches eine im Wesentlichen homogene Mischung aus einem kationischen,
nicht-sauren Zeolith und einer anorganischen Oxid-Matrix umfasst,
wobei das Zeolith einen Zugänglichkeitsindex
von zwischen ungefähr
0,1 und ungefähr
0,4 aufweist, und das Adsorbens in der Lage ist, wenigstens ungefähr 80% der
Nitrile während
des Kontakts mit wenigstens 200 Volumeneinheiten der Beschickung
pro Volumeneinheit Adsorbens zu adsorbieren, wenn es in Kontakt
mit einer Kohlenwasserstoffbeschickung gebracht wird, welche Nitril
und Diene in einer Menge von mindestens 1,0 Vol.-% enthält.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Adsorbens umfasst die Schritte des
Anspruchs 1. Dort wird bereitgestellt: ein kationisches, nicht-saures
Zeolith und eine inerte, anorganische Oxid-Matrix; Waschen der Matrix mit
einem Alkalihydroxid (alkaline hydroxide), um so eine gewaschene
Matrix mit neutralisierter Oberflächenazidität bereit zu stellen; Kalzinierung
der gewaschenen Matrix, um so eine kalzinierte Matrix mit reduzierten Oberflächenhydroxidgruppen
bereit zu stellen; Mischen des Zeoliths und der kalzinierten Matrix,
um so eine im Wesentlichen homogene Mischung bereit zu stellen;
Formen von adsorbierenden Elementen aus der im Wesentlichen homogenen
Mischung; und Kalzinierung der adsorbierenden Elemente zur Bereitstellung
des Adsorbens.
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Es
wird ein Verfahren zur Behandlung einer Kohlenwasserstoffbeschickung
zur Entfernung von Nitril bereit gestellt, wobei das Verfahren die
Schritte umfasst: Bereitstellung einer Kohlenwasserstoffbeschickung mit
einem Nitril-Gehalt von weniger als oder gleich 400 ppm; Bereitstellung
eines Adsorbens zur selektiven Nitril-Entfernung aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung,
umfassend eine im Wesentlichen homogene Mischung eines kationischen,
nicht-sauren Zeoliths und einer anorganischen Oxid-Matrix, wobei
das Zeolith einen Zugänglichkeitsindex
von zwischen 0,1 und 0,4 aufweist; und Inkontaktbringen der Beschickung
und des Adsorbens unter Nitriladsorptionsbedingungen, wodurch mindestens
80 des Nitrilgehalts während
des Kontaktes mit mindestens 200 Volumeneinheiten der Beschickung
pro Volumeneinheit des Adsorbens von dem Adsorbens adsorbiert wird.
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In
weiterer Übereinstimmung
mit der Erfindung wird ein Adsorptions-/Desorptionsverfahren zur
selektiven Entfernung von Nitrilen aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung
bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Bereitstellung
einer Kohlenwasserstoffbeschickung mit einem Nitrilgehalt von weniger
als oder gleich 400 ppm; (b) Bereitstellung eines Adsorbens zur
selektiven Entfernung von Nitrilen aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung,
umfassend eine im Wesentlichen homogene Mischung eines kationischen, nicht-sauren
Zeoliths und einer anorganischen Oxid-Matrix, wobei das Zeolith
einen Zugänglichkeitsindex
von zwischen 0,1 und 0,4 hat; (c) Inkontaktbringen der Beschickung
und des Adsorbens unter Nitriladsorptionsbedingungen, wobei mindestens
80% des Nitrilgehalts während
des Inkontaktbringens von mindestens 200 Volumeneinheiten der Beschickung
pro Volumeneinheit des Adsorbens durch das Adsorbens adsorbiert
werden, um so ein verbrauchtes Adsorbens mit den darauf adsorbierten
Nitril-Molekülen
bereit zu stellen; und (d) Inkontaktbringen des verbrauchten Adsorbens
mit einem Desorbens unter Desorptionsbedingungen, um so die Nitrilmoleküle zu entfernen
und ein aufgearbeitetes Adsorbens bereitzustellen.
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Während des
zuvor erwähnten
Adsorptions-/Desorptionsverfahrens kann es vorteilhaft sein, das
System vor Inkontaktbringen des Adsorbens mit einem Desorbens zu
spülen.
Nach dem Inkontaktbringen mit dem Desorbens kann es ebenfalls vorteilhaft
sein, das Desorbens durch einen geeigneten Strom zu ersetzen.
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Es
folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen, wobei:
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1:
eine Darstellung der Propionitril-Adsorptionsisothermen für Beispiel
2 ist;
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2 eine
Darstellung der Propionitril-Desorptionsisobaren für Beispiel
3 ist;
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3 eine
Darstellung der 1,3-Pentadien-Desorptionsisobaren für Beispiel
3 ist;
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4 eine
Darstellung der Adsorptionsisothermen auf Na-Zeolithen für Beispiel 4 ist;
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5 eine
Darstellung der Adsorptionsisothermen auf K-Zeolithen für Beispiel 4 ist;
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6 eine
Darstellung der Ergebnisse der Versuchsanlage aus Beispiel 5 ist;
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7 eine
Darstellung der Breakthrough-Kurven für eine 2%ige Dien- und PNC
= 123 ppmv-Beschickung, wie in Beispiel 8 beschrieben, ist;
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8 die
Wiederherstellungskapazität
unter Verwendung von Methanol gemäß der Erfindung darstellt;
und
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9 die
Regenerationskapazität
unter Verwendung von Pentan darstellt.
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Die
Erfindung betrifft ein Adsorbens zur selektiven Entfernung von Nitril
aus einer Kohlenwasserstoffbeschickung, ein Verfahren zur Herstellung
eines Nitril-selektiven Adsorbens, ein Verfahren zur Behandlung einer
Kohlenwasserstoffbeschickung mit einem Nitril-selektiven Adsorbens
zur Entfernung von darin enthaltenen Nitril-Verunreinigungen, und ein
Adsorptions-/Desorptionsverfahren, bei dem ein Adsorbens gemäß der Erfindung
vorteilhafterweise verwendet und über einen längeren Zeitraum zur weiteren
Verwendung wieder aufbereitet oder zurückgeführt wird.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Nitril-selektives Adsorbens offenbart, welches eine im
Wesentlichen homogene Mischung aus einem nicht-sauren, kationischen
Zeolith und einer anorganischen Oxid-Matrix umfasst, vorzugsweise
ein Bindemittel enthält
und extrudiert oder auf andere Weise in eine gewünschte Form für die Verwendung
in Kohlenwasserstoff-Kontaktverfahren gebracht wird. Das Zeolith
wird vorzugsweise so gewählt, dass
es eine hohe Aktivität
für die
Adsorption von Nitrilen und eine niedrige Aktivität gegenüber der
Polymerisation von Dienen aufweist, wobei die Matrix vorzugsweise
so gewählt
wird, dass sie eine hohe Aktivität
für eine
reversible Adsorption von Dienen und eine niedrige Aktivität für die Adsorption
von Nitrilen aufweist. Diese Kombination von Eigenschaften gemäß der Erfindung
stattet das Adsorbens mit einer vorteilhaften und gewünschten
Selektivität
gegenüber
der Adsorption von Nitrilverbindungen aus, wie z. B. Propionitril,
wenn es mit einer nitrilenthaltenden Beschickung in Kontakt gebracht
wird, mit einer reduzierten Tendenz zur Dien-Polymerisation, welche
zu einem Verschmutzen des Adsorbens führen kann. Weiterhin wird die
Aktivität
des Adsorbens für
die selektive Adsorption von Nitrilen während der Verwendung nicht
schnell deaktiviert und das Adsorbens kann im Anschluss an ein Desorptionsverfahren
gemäß der Erfindung
wiederhergestellt werden.
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Das
Zeolith-Material des Adsorbens gemäß der Erfindung wird vorzugsweise
aus der Gruppe gewählt, die
Faujasit, Mordenit, Offretit, A-Zeolith, Erionit, L-Zeolith, ST-5-Zeolith,
X-Zeolith, Y-Zeolith, und Mischungen daraus umfasst. Das Zeolith
ist vorzugsweise nicht-sauer, und ist vorzugsweise umgewandelt oder
anderweitig behandelt, um Kationen, die aus der Gruppe bestehend
aus Li, Na, K, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba und Mischungen daraus, besonders
vorzugsweise Na, K, Ba oder Mischungen daraus, ausgewählt sind,
zu enthalten. Das Zeolith wird ebenfalls so ausgewählt und
hergestellt, dass es einen Zugänglichkeitsindex
(wird im Folgenden definiert) von zwischen 0,1 und 0,4 aufweist.
Der Zugänglichkeitsindex
ist ein Maß für die relative
Zugänglichkeit der
aktiven Porenstellen des Zeoliths für Nitrilverbindungen und andere
Verbindungen, wie Dienen.
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Die
anorganische Oxid-Matrix gemäß der Erfindung
wird vorzugsweise aus der Gruppe gewählt, die Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid
(alumina), Kaolin, Tone, Keramiken, und Mischungen daraus umfasst.
Das Matrixmaterial ist vorzugsweise im Wesentlichen inert, kann
kristallin oder amorph sein, und wird gemäß der Erfindung so behandelt,
dass es im Wesentlichen keine Oberflächenazidität besitzt. Es wird auch bevorzugt, dass
die Matrix kosteneffektiv und formbar ist.
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Gemäß der Erfindung
liegen das Zeolith und die Matrixmaterialien im Adsorbens vorzugsweise
in einem Gewichtsverhältnis
von Zeolith zu Matrix von zwischen ungefähr 100 : 1 bis ungefähr 1 : 100
vor. In diesem Bereich wird die Zeolithmenge weiterhin basierend
auf Gehalt und Typ der involvierten Verunreinigungen und der Oberfläche des
Zeoliths ausgewählt.
Das Adsorbens hat vorzugsweise eine Oberfläche von zwischen ungefähr 100 und
ungefähr
1000 m2/g, besonders vorzugsweise zwischen
ungefähr
200 und ungefähr
600 m2/g, und weist eine gesamte Oberflächenazidität von weniger
als oder gleich ungefähr
2,7 mmol/g auf. Das Adsorbens gemäß der Erfindung ist selektiv
gegenüber
der Adsorption von Nitrilverbindungen und ist daher nützlich für die selektive
Entfernung von Nitrilverunreinigungen aus einer nitrilhaltigen Beschickung.
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Wie
oben ausgeführt,
weist das Zeolithmaterial des Adsorbens der vorliegenden Erfindung
einen Zugänglichkeitsindex
von zwischen 0,1 und 0,4 auf. Gemäß der Erfindung stellt der
Zugänglichkeitsindex
ein Verhältnis
des molekularen zu gänglichen
Volumens des Zeolithmaterials für
zwei parallele Pentadiene zu dem molekularen zugänglichen Volumen des Zeoliths
für Propionitril
dar. Gemäß der Erfindung
wurde festgestellt, dass zeolithhaltiges Adsorbens mit einem wie
oben festgelegten Zugänglichkeitsindex
besonders effektiv bei der selektiven Entfernung von Nitrilen ohne
Dien-Polymerisation
ist, wie dies erwünscht
ist. Die Messung der molekularen Zugänglichkeit wird im unten angegebenen
Beispiel 7 weiter erläutert.
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Das
Adsorbens der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise wie folgt
hergestellt. Ein Zeolithmaterial wird bereitgestellt, welches vorzugsweise
aus der Gruppe bestehend aus Faujasit, Mordenit, Offretit, A-Zeolith, Erionit,
L-Zeolith, ST-5-Zeolith,
X-Zeolith, Y-Zeolith, und Mischungen daraus ausgewählt ist.
Das Zeolith ist vorzugsweise nicht-sauer, und wurde umgewandelt oder anderweitig
behandelt, so dass es Kationen enthält, welche vorzugsweise aus
der Gruppe bestehend aus Li, Na, K, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba und Mischungen
daraus, besonders vorzugsweise aus Na, K, Ba oder Mischungen daraus,
gewählt
ist. Gemäß der Erfindung
wurde festgestellt, dass diese Kationen Nitrilverbindungen den Zugang
zu den aktiven Stellen des Zeoliths ermöglichen, während sie den Zugang von mehr
als einem Molekül
wie z. B. Dien, verhindern und dadurch die Polymerisation von Dienen
verhindern, was gemäß der vorliegenden
Erfindung gewünscht
ist.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Matrixmaterial bereitgestellt, welches vorzugsweise aus
der Gruppe gewählt
wird, die aus Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Kaolin, Tonen, Keramiken,
und Mischungen daraus besteht. Die Matrix wird vorteilhafterweise
gemäß der Erfindung
behandelt, um so die Oberflächenazidität der Matrix
im Wesentlichen auf Null zu reduzieren. Dies kann vorzugsweise durch
Waschen des Matrixmaterials mit einem alkalischen Basen-Waschmaterial
wie Alkalihydroxid durchgeführt
werden. Die Matrix wird vorzugsweise mit dem Alkalihydroxid gewaschen,
um so die Ober flächenazidität der Matrix
zu neutralisieren, was wünschenswert
für die
Bereitstellung eines Adsorbens mit der gewünschten Aktivität und Lebensdauer
für die
selektive Entfernung von Nitrilen gemäß der Erfindung ist. Gemäß der Erfindung
wird die Alkali-Hydroxid-Waschlösung
vorzugsweise aus der Gruppe gewählt,
die aus NaOH, KOH, NH4OH, und Mischungen
daraus besteht. Nach dem Waschen mit dem Alkalihydroxid wird die
Matrix vorzugsweise weiter gewaschen, z. B. mit Wasser, um so jegliches
verbliebenes, nicht-reagiertes
Alkalihydroxid zu entfernen. Die gewaschene Matrix wird dann vorzugsweise
getrocknet, z. B. über
Nacht bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 80 und ungefähr 250°C, und dann
kalziniert, vorzugsweise bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 400 und
ungefähr 850°C, um so
jegliches auf der Oberfläche
der Matrix verbliebenes Hydroxid (OH–)
zu entfernen.
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Die
gewaschene und kalzinierte Matrix wird anschließend vorzugsweise mit dem Zeolith
gemischt, um so eine im Wesentlichen homogene Mischung daraus bereit
zu stellen. Wie oben ausgeführt,
können
der Zeolith und die Matrixmaterialien vorzugsweise in Mengen bereitgestellt
werden, die ausreichen, um ein Gewichtsverhältnis des Zeoliths zum Matrixmaterial
von zwischen ungefähr
100 : 1 und ungefähr
1 : 100 bereitzustellen.
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In
Abhängigkeit
der gewünschten
Form des Adsorbens-Endprodukts, kann vorzugsweise der Mischung ein
Bindemittel zugegeben werden, so dass die Mischung anschließend in
Abhängigkeit
der Art des Verfahrens, in dem das Adsorbens verwendet wird, extrudiert
oder anderweitig in eine gewünschte
Form oder Zubereitung gebracht werden kann. Ein geeignetes Bindemittel
ist LudoxTM, obgleich gemäß der Erfindung
andere Bindemittel geeignet sein können.
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Nach
der Extrusion werden die extrudierten Adsorbenselemente vorzugsweise
getrocknet, z. B. über Nacht
bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 80 und ungefähr 250°C, und dann
kalziniert, vorzugsweise bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 400 und
ungefähr
700°C, um
so ein Adsorbens-Endprodukt
gemäß der vorliegenden
Erfindung bereitzustellen.
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Es
wurde festgestellt, dass die beschriebene Methode zur Herstellung
des Adsorbens-Produkts gemäß der Erfindung
ein Adsorbensmaterial ergibt, das eine wünschenswerte, niedrige Oberflächenazidität, vorzugsweise
weniger als oder gleich ungefähr
2,7 mmol/g, aufweist, was anhand der Menge der irreversibel adsorbierten
Pyridin-Moleküle
auf der Oberfläche
des Adsorbens bestimmt wurde. Die Messung der Oberflächenazidität wird im
unten befindlichen Beispiel 1 weiter beschrieben. Es wurde festgestellt,
dass gemäß der Erfindung
diese niedrige Oberflächenazidität besonders
vorteilhaft für
die Bereitstellung eines Adsorbens mit der gewünschten Selektivität gegenüber der
Adsorption von Nitrilen ist.
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Das
Adsorbens-Produkt gemäß der Erfindung
ist besonders nützlich
bei der Behandlung einer Kohlenwasserstoffbeschickung, welche bis
zu ungefähr
400 ppm Nitril enthält,
vorzugsweise zwischen ungefähr
3 und ungefähr
1000 ppm in Form von Stickstoff, und mindestens 1,0% Dien, vorzugsweise
mindestens ungefähr
2,0% Dien pro Volumeneinheit der Beschickung. Eine besonders wünschenswerte
Beschickung ist eine FCC-veretherte Beschickung (FCC etherification
feed), besonders vorzugsweise ein C4-C7-Verschnitt einer solchen
Beschickung, welcher Nitril- und Dien-Verunreinigungen enthält. Das
Adsorbensmaterial gemäß der Erfindung
weist eine ausgezeichnete Selektivität und Langlebigkeit in Bezug
auf die Entfernung von Nitrilen aus solchen Beschickungen auf, und
das Desorptionsverfahren zur Wiederherstellung des Adsorbens weist ebenfalls
eine ausgezeichnete Wiederherstellung des Adsorbens zur weiteren
Verwendung auf.
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Das
Adsorbens-Produkt der vorliegenden Erfindung kann in einem Kohlenwasserstoff
enthaltenden Verfahren wie folgt eingesetzt werden. Eine geeignete
Beschickung sowie ein oben beschriebenes Adsorbens gemäß der Erfindung
wird bereitgestellt. Die Beschickung und das Adsorbens werden gemäß der Erfindung vorzugsweise
in geeigneten Behandlungseinrichtungen, und unter moderaten Nitrilentfernungsbedingungen, besonders
vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als oder gleich 300°C, und einem
Druck von weniger als oder gleich 34,475 bar (500 psi) in Kontakt
gebracht. Es wurde festgestellt, dass das Adsorbens gemäß der Erfindung
in der Lage ist, mindestens 80% der Nitril-Verunreinigung einer
Beschickung, die mehr als ungefähr
1% Dien enthält, über eine
Behandlungsdauer, während
der ungefähr
200 Volumeneinheiten der Beschickung pro Volumeneinheit an Adsorptionsmittel
behandelt wurden, zu adsorbieren. Daher zeigt das Adsorbens gemäß der vorliegenden
Erfindung eine ausgezeichnete Selektivität und Langlebigkeit bei der
Verwendung in der selektiven Entfernung von Nitrilverunreinigungen
aus Beschickungen, welche relativ große Fraktionen von Nitril- und
Dienverbindungen enthalten.
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Typische
Adsorptionsverfahren verwenden mehr als ein Adsorptionsbett (adsorption
bed) in einer Weise, dass während
eines (oder mehrere) in einem Adsorptionsmodus verwendet wird, ein
anderes (oder mehrere) in einen Desorptionsmodus umgeschaltet wird,
wodurch eine Verunreinigung des Extrakts mit bereits entfernten
Verunreinigungen vermieden wird. Adsorptionsverfahren werden gemäß des für die Desorption
oder die Wiederherstellung gewählten
Verfahrens wie folgt klassifiziert:
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Ein
thermischer Schaukelzyklus wird definiert als ein Zyklus, bei dem
die Desorption bei einer höheren Temperatur
als der des Adsorptionsschrittes stattfindet, und bei dem die Temperaturdifferenz
der Hauptfaktor für
die Desorption ist. Im Allgemeinen wird ein Kühlschritt benötigt, bevor
das Adsorbens für
einen weiteren Adsorptionsschritt bereit ist.
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Ein
Druck-Schaukelzyklus ist ein Zyklus, bei dem die Desorption bei
einem niedrigeren Druck als dem des Adsorptionsschritts ausgeführt wird
und bei dem der Druckunterschied der Hauptfaktor für das Stattfinden der
Desorption ist.
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Ein
Spülgas-Stripping-Zyklus
(purge-gas-stripping cycle) ist ein Zyklus, bei dem die Desorption
im Wesentlichen aufgrund der Stripping-Einwirkung des Spülgases,
welches nicht adsorbiert wird, stattfindet. Das Gas reduziert den
Partialdruck der sorbierbaren Komponenten (sorbable component) in
der Flüssigphase
und beeinflusst dadurch die Desorption.
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Ein
Austauschzyklus ist ein Zyklus, bei dem ein anfängliches Adsorbat unter dem
Einfluss einer zweiten sorbierbaren Flüssigkeit (sorbable fluid) desorbiert
wird, welche das gesamte oder Teile des anfänglichen Adsorbates ersetzt.
Austauschflüssigkeiten
können
stärker
oder weniger stark als das anfängliche
Adsorbat sorbieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nach einer bestimmten Nutzungsperiode ein Austausch-Desorptionsschritt
ausgeführt,
z. B. nach der Behandlung von mindestens 200 Volumeneinheiten der
Beschickung pro Volumeneinheit des Adsorbens. Der Desorptionsschritt
gemäß der Erfindung
stellt das Adsorbens durch ein Verfahren wieder her, bei dem adsorbierte
Nitrile, Diene und andere verunreinigende Moleküle aus dem Adsorbens entfernt
werden, um so ein erneuertes Adsorbens für die weitere, oben ausgeführte Verwendung
bereitzustellen. Gemäß der Erfindung
werden adsorbierte Verunreinigungen entfernt, indem ein geeigneter
Desorbensstrom verwendet wird, welcher als Austauschflüssigkeit
agiert und dazu dient, die Lebensdauer des Adsorbensmaterials zu
erhöhen.
Im Anschluss an die Desorption kann das Adsorbens gemäß der Erfindung
der Adsorption zyklisch zurückgeführt werden
und wird mindestens für
ungefähr
50 Volumeneinheiten der Beschickung, vorzugsweise für mindestens
ungefähr
100 Volumeneinheiten der Beschickung, ausgezeichnete Ergebnisse
liefern.
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Aufgrund
der Natur der in der zu behandelnden Beschickung befindlichen Verunreinigungen
wird das Austauschverfahren im Rahmen der vorliegenden Erfindung
bevorzugt, da der Austausch in Flüssigphasenverfahren bei im
Wesentlichen konstanten Temperatur- und/oder Druckbedingungen durchgeführt werden kann.
Ein Austausch mit einem stark sorbierenden Material (strongly sorbed
material) ist wünschenswert,
da der Austausch der sorbierten Verunreinigungen schnell erreicht
wird. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Austauschmaterial
selbst, vor erneuter Verwendung des Adsorbens unter Verfahrensbedingungen, entfernt
wird, um so eine Schädigung
des Adsorbens zu vermeiden. Andererseits erfordert die Verwendung eines
Austauschmaterials, welches weniger stark sorbiert, zusätzliche
Schritte wie ein Spülgas-Stripping und ähnliches,
welche nicht wünschenswert
sind. Bevorzugte Austauschmaterialien oder Desorbentien werden im Folgenden
beschrieben:
Gemäß der Erfindung
wird, nachdem das Adsorbensmaterial ausreichend verwendet wurde,
um sich merklich mit adsorbierten Verunreinigungen wie Nitrilen,
Dienen, Schwefelverbindungen und ähnlichem anzureichern, das
Adsorbens mit einem Austauschstrom oder einem Desorbens unter moderaten
Desorptionsbedingungen in Kontakt gebracht, um so die adsorbierten
Moleküle
der Verunreinigungen zu entfernen. Die Desorbentien sind Kohlenwasserstoffe
mit der Struktur R-X, wobei R eine Alkylgruppe ist, und wobei X
eine Verbindung oder ein Teil ist, der wenigstens ein Atom enthält, welches
aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Stickstoff, Halogen und
Mischungen daraus ausgewählt
ist, zum Beispiel mit einer OH, O-R' oder =O-Struktur. Desorbentien werden
auch aus Alkoholen, Ethern, Ketonen, Alkylhalogeniden, nicht-basischen Stickstoffverbindungen
und Mischungen daraus gewählt,
besonders vorzugsweise aus Methanol, Methyl-tert-Butylether (MTBE), tert-Amylmethylether
(TAME), Aceton und Mischungen daraus. Das Desorbens wird vorzugsweise
mit einem gebrauchten Adsorbens unter Desorptionsbedingungen umfassend
eine moderate Temperatur von vorzugsweise weniger als oder gleich
ungefähr
300°C und
moderatem Druck von vorzugsweise weniger als oder gleich ungefähr 500 psi
in Kontakt gebracht. Gemäß der Erfindung
ist dieses Desorbens vorzugsweise in der Lage, einen ausgezeichneten
Austausch der adsorbierten Verunreinigungen bereitzustellen, kann
aber selbst mit einem folgenden Spülschritt wie unten ausgeführt entfernt
werden.
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Vor
dem Inkontaktbringen mit dem Desorbens kann es wünschenswert sein, das Adsorbens
mit einem Spülfluss
zu spülen,
um so jegliches nicht-adsorbiertes Beschickungsmaterial wie Raffinate
und ähnliches
zu entfernen. Das Spülen
kann unter Verwendung eines Flüssigkeits-
oder Gasstroms ausgeführt
werden, welcher vorzugsweise in Relation zum Adsorbens inert ist,
so dass der Strom nicht mit dem Adsorbens wechselwirkt. Geeignete
Spülströme umfassen
C1-C16-Kohlenwasserstoffe,
vorzugsweise Paraffine, besonders vorzugsweise aromatische C6-C16-Kohlenwasserstoffströme.
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Im
Anschluss an den Desorptionsschritt kann es gemäß der Erfindung wünschenswert
sein, das erneuerte Adsorbens mit einem Spülstrom, welcher eine Flüssigkeit
oder ein Gas sein kann, zu spülen.
Der Spülstrom
kann vorzugsweise ein Strom sein, welcher in Relation zum Adsorbens
inert ist, zum Beispiel ein anderer Kohlenwasserstoff, welcher zur
Entfernung jeglichen verbliebenen Desorbens und/oder ausgetauschter
Moleküle
der Verunreinigungen geeignet ist. Alternativ kann, in Abhängigkeit
der Konzentration des Desorbens, die Beschickung des Verfahrens
selbst ausreichen, um jegliches verbliebenes Desorbens zu entfernen.
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Es
sollte bereitwillig gewürdigt
werden, dass das Vorangegangene ein vorteilhaftes Verfahren zur
Wiederherstellung gebrauchter Adsorbentien gemäß der Erfindung unter Verwendung
eines Desorptionsstroms bereitstellt, welcher effektiv für den Austausch
verunreinigender Moleküle
ist, und welcher selbst aus dem Adsorbens entfernt werden kann.
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Es
sollte auch gewürdigt
werden, dass eine weitere Behandlung des Adsorbens, wie Filtration,
Fraktionierung und ähnliches,
in einigen Fällen
wünschenswert
sein kann. Diese optionalen, zusätzlichen
Schritte sind dem Fachmann wohlbekannt.
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Beispiel 1
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Das
Beispiel verdeutlicht die Messung der Oberflächenazidität eines Natrium-Y-Zeoliths
und einer Kaolinmatrix gemäß der Erfindung.
Die Oberflächenazidität wird durch
Messung der Menge von irreversibel adsorbiertem Pyridin auf Proben
des relevanten Materials gemessen. Das Kaolin wurde mit NaOH gewaschen, um
so gemäß der Erfindung
die Oberflächenazidität zu reduzieren.
Das Zeolith und die Matrix wurden mit Pyridin bei 30°C und 100°C vorbehandelt,
und wurden bei verschiedenen Temperaturen zwischen ungefähr 400°C und ungefähr 900°C kalziniert,
wie in der unten befindlichen Tabelle 1 gezeigt ist.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, hat das Zeolith gemäß der Erfindung eine sehr schwache
Azidität,
welche von der Kalzinierungstemperatur im Wesentlichen unbeeinflusst
ist, und das Matrixmaterial zeigt nach der Behandlung gemäß der Erfin dung
im Wesentlichen keine Azidität,
sogar bei sehr niedrigen Vorbehandlungstemperaturen.
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Beispiel 2
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Das
Beispiel zeigt die Adsorption von Propionitril aus Testlösungen unter
Verwendung zweier Adsorbentien gemäß der Erfindung. Zwei Adsorbentien
wurden gemäß der Erfindung
mit 20 Gew.-% Na-Y-Zeolith in Kaolin, und mit 20 Gew.-% K-Y-Zeolith in Kaolin
hergestellt. Die Proben wurden mit den Testlösungen, die verschiedene Konzentrationen
an Propionitril in Pentan enthielten, in Kontakt gebracht, und es
wurde ihnen ermöglicht,
ein Gleichgewicht zu erreichen. Nach Erreichen des Gleichgewichts
wurden die Lösungen
unter Verwendung der Gaschromatographie analysiert und der Gehalt
an adsorbiertem Propionitril wurde bestimmt. 1 zeigt
die Adsorptions-Isothermen für
die verschiedenen Testlösungen.
Wie in 1 gezeigt, bewirken beide Adsorbentien signifikante
Reduktionen von Propionitril für
Testlösungen
mit verschiedenen Gehalten. Außerdem
beeinflusst die Größe des Kations,
K oder Na, die Adsorption von Propionitril nicht wesentlich.
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Beispiel 3
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Das
Beispiel illustriert die Desorption von Nitril- und Dienverbindungen
aus dem Zeolith und den Matrixmaterialien gemäß der Erfindung. Zwei Zeolithproben
und eine Matrixprobe wurden der Behandlung durch Testlösungen,
welche Propionitril und 1,3-Pentadien enthielten, ausgesetzt. Die
Zeolithproben waren ein 15 Gew.-% Na-Y-Zeolith und ein 15 Gew.-%
K-Y-Zeolith, und die Matrixprobe war Kaolin. Nach ausgiebigem Kontakt
wurden diese Proben unter Verwendung eines Desorptionsverfahrens
bei verschiedenen Temperaturen regeneriert. Die Propionitril- und
1,3-Pentadien-Desorptionsisobaren
wurden in der Gasphase durch thermogravimetrische Analyse bei Atmosphärendruck
bestimmt. 2 und 3 zeigen
die Desorptionsisobaren. Wie in 2 gezeigt,
weisen die Zeolithproben eine ausgezeichnete Desorption von Propionitrilen
auf. 3 zeigt, dass die Dien-Adsorption durch die Matrix
leicht reversibel ist. Dieses Beispiel zeigt außerdem klar den Effekt des
im Zeolith vorliegenden Kations bei der Kontrolle des Eintritts
von größeren Molekülen wie
Dienen in das Zeolithgitter. Diese Aktivität des Kations dient dazu, dem
Zeolith seine gewünschte
Selektivität
in Bezug auf die Adsorption von Nitril zu verleihen. Daher können gemäß der Erfindung
bestimmte Kombinationen von Kation und Zeolith ausgewählt werden,
um in Abhängigkeit
der verschiedenen Größen der
Nitril-, Dien- und Kation-Moleküle
und der Größe der Zeolith-Öffnungen eine Nitrilselektivität bereitzustellen.
Zum Beispiel kann durch Vergleich der 1 und 3 gezeigt
werden, dass die Substitution von K-Kationen anstelle von Na-Kationen die Nitriladsorption
nicht wesentlich beeinflusst, aber die Pentadienadsorption verändert, wodurch
die Selektivität
gegenüber
Nitrilen gesteigert wird.
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Beispiel 4
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Das
Beispiel zeigt die selektive Adsorption von Nitrilen mit mehreren
verschiedenen Zeolithen. Verschiedene Adsorbensproben wurden hergestellt
und mit Testlösungen
wie in Beispiel 2 evaluiert. Die getesteten Proben waren ein 15
Gew.-% Na-Y-Zeolith in Kaolin, ein 15 Gew.-% Na-Mordenit in Kaolin,
ein 15 Gew.-% K-Y-Zeolith in Kaolin und ein 15 Gew.-% K-L-Zeolith
in Kaolin. Die 4 und 5 zeigen
die Adsorptionsisothermen für
die verschiedenen getesteten Proben, und zeigen den Effekt der Verwendung
von Zeolithen mit verschiedenen Oberflächen gemäß der Erfindung. 5 zeigt
die Überlegenheit
von K-Y-Zeolith gegenüber K-L-Zeolith
in dieser Anwendung, bei der K-Y-Zeolith mehr Nitril adsorbiert
als K-L-Zeolith, verbunden mit einer reduzierten Adsorption von
Pentadien. Diese Beispiele zeigen, dass die geeignete Auswahl von
Kation, Zeolith und Matrix gemäß der Erfindung
angepasst werden kann, um so die Selektivität des Adsorbens in Bezug auf die
Nitrilentfernung zu kontrollie ren, insbesondere durch das Vermeiden
von Faktoren, welche die Dienpolymerisation fördern, namentlich die bimolekulare
Diffusion und die Azidität.
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Beispiel 5
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Das
Beispiel vergleicht die Selektivität der Nitrilentfernung eines
40 Gew.-% Na-Y-Zeoliths in einem Kaolin-Adsorbens, das unter Verwendung von
Ludox
TM als Bindemittel gemäß der vorliegenden
Erfindung extrudiert wurde, mit verschiedenen kommerziellen Adsorbentien,
namentlich, Selexsorb CD (0,7% Dien), INTGARD-A (0,7% Dien) und
Selexsorb CD (< 0,1%
Dien). Die Beschickung war ein C5-C6-FCC-Verschnitt mit einer Zusammensetzung,
wie sie in der folgenden Tabelle 2 angegeben ist. Tabelle
2
Zusammensetzung der Beschickung
C4 | 2,1% |
C5 | 20,7% |
C6 | 53,4% |
C7 | 21,6% |
Dien | 2,0% |
Nitril | 9,6
N ppm |
basischer
Stickstoff | 1,5
ppm |
gesamter
Schwefel | 244
ppm |
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Die
Beschickung und die verschiedenen getesteten Adsorbentien wurden
in einer Testanlage unter identischen Bedingungen in Kontakt gebracht,
und die Ergebnisse sind in 6 dargestellt.
Wie gezeigt, übertrifft
das Adsorbens der vorliegenden Erfindung deutlich kommerzielle Adsorbentien,
sowohl in Selektivität
als auch Langlebigkeit in Bezug auf die Nitrilentfernung.
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Beispiel 6
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Das
Beispiel zeigt die Herstellung eines Adsorbens gemäß der Erfindung.
Es werden ein vollständig ausgetauschtes
Na-Y-Zeolith und
eine Kaolinmatrix bereitgestellt. Das Kaolin wurde mit NaOH gewaschen,
um so die vorhandene Oberflächenazidität der Kaolinmatrix
zu neutralisieren. Die neutralisierte Matrix wurde anschließend mit
Wasser gewaschen, bis das verbleibende, nicht-reagierte NaOH entfernt
war. Das feuchte, gewaschene Kaolin wurde danach über Nacht
bei Temperaturen zwischen 80 und 250°C getrocknet, und das getrocknete
Kaolin wurde anschließend
bei Temperaturen zwischen 400 und 850°C kalziniert, bis alle Oberflächen-OH-Gruppen entfernt
waren. Das kalzinierte Kaolin wurde dann mit dem Zeolith gemischt,
um so eine homogene Mischung daraus bereitzustellen, und peptisiertes
Aluminiumoxid wurde der Mischung als Bindemittel zugefügt. Die
Kombination aus der Mischung und dem peptisierten Aluminiumoxid
(peptized alumina) wurde dann extrudiert, um so Adsorbenselemente
mit der gewünschten
Größe und Form
bereitzustellen, und die Adsorbenselemente wurden über Nacht
bei Temperaturen zwischen 80 und 250°C getrocknet. Die getrockneten
Adsorbenselemente wurden dann bei Temperaturen zwischen 400 und
700°C kalziniert,
um das gewünschte
nitrilselektive Adsorbens gemäß der Erfindung
zu erhalten.
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Beispiel 7
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Das
Beispiel zeigt die Bestimmung des Zugänglichkeitsindexes für verschiedene
Zeolithe gemäß der Erfindung.
Drei Zeolithe, namentlich Y-Zeolith, Mordenit und L-Zeolith, welche
mit Na- bzw. K-Kationen beladen waren, wurden jeweils untersucht.
Die molekulare Zugänglichkeit
dieser Zeolithe in Bezug auf Propionitril, Pentadien, I (2 lineares
Pentadien mol (2 lineal pentadiene mol)) und II (2 paralleles Pentadien
mol (2 parallel pentadiene mol)) wurde unter Verwendung des Programms
CatalysisTM von Biosym Technologies Inc.
bestimmt. Die Ergebnisse dieser Messungen sind unten in den Tabellen
3 und 4 aufgeführt.
Sowohl die lineare als auch die parallele Anordnung der Diene wurde
in Betracht gezogen, um die Möglichkeit
der Polymerisation zu untersuchen. Die in den Tabellen 3 und 4 angegebenen
Daten zeigen, dass das Zeolith gemäß der Erfindung mehr Nitril
als Diene adsorbiert, und dass das Potential der Dienpolymerisation
(durch das Zusammenbringen von wenigstens zwei Dienmolekülen) reduziert
ist.
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Beispiel 8
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Ein
220 cm3-Adsorber wurde mit 160 cm3 eines Adsorbens gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einem 40% Na-Zeolith in einer Tonmatrix beaufschlagt. Eine TAME-C5-Verschnittbeschickung
wurden aus einer FCC-Einheit entnommen. Die Beschickung enthielt
anfänglich
2% Diene und 12 ppmv Propionitril (PCN), wie unten in Tabelle 5
beschrieben, und wurde für
dieses Beispiel mit zusätzlichem
PCN dotiert, um so eine Gesamtkonzentration von ungefähr 123 mg/kg
Nitrile pro Volumeneinheit der Beschickung (ppmv) PCN zu erhalten.
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Die
Adsorptionsbedingungen umfassten einen Druck von 50 psig, eine Temperatur
von 25°C,
einen Nitrilgehalt von 123 mg/kg Nitril pro Volumeneinheit der Beschickung
(ppmv), einen LHSV von 2 h–1 und eine Verfahrensdauer
von 12 h.
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Anschließend wurde
eine Desorptionsphase unter Verwendung eines C5-Stroms zum Spülen, Methanol
zum Austausch und C5 zum Spülen
nach dem Austausch ausgeführt.
Die Desorption wurde bei einem Druck von 3,4475 bar (50 psig) und
einer Temperatur von 25°C
durchgeführt.
Während
der Spülphase
wurden 24 Volumeneinheiten pro Volumeneinheit Adsorbens bei einem
LHSV von 3 h–1 über eine
Zeitdauer von 8 h verwendet, gefolgt vom Austausch unter Verwendung
von 6 Volumeneinheiten pro Volumeneinheit Adsorbens bei einem LHSV
von 3 h–1 über eine
Zeitdauer von 2 h. Das erneuerte Adsorbens wurde dann unter Verwendung
von 6 Volumeneinheiten pro Volumeneinheit Adsorbens mit einem LHSV
von 3 h–1 über eine
Zeitdauer von 2 h gespült.
Die Ergebnisse sind in 7 dargestellt. Wie gezeigt,
stellt das Desorptionsverfahren der vorliegenden Erfindung das Adsorbens
zur Verwendung in einem stetigen, zyklischen Nitrilentfernungsverfahren wieder
her, wobei bei jedem Zyklus ausgezeichnete Ergebnisse für mindestens
ungefähr
50 Volumeneinheiten der Beschickung pro Volumeneinheit des wiederhergestellten
Adsorbens bereitgestellt werden.
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Beispiel 9
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Das
Beispiel zeigt die Regenerationskapazität von zwei verschiedenen Desorbensmaterialien
entsprechend dem Adsorptions-/Desorptionsverfahren, das im obigen
Beispiel 8 dargestellt wurde. Es wurden im Anschluss an die Regeneration
zwei Zyklen unter Verwendung von Desorbens 1, welches Methanol gemäß der vorliegenden
Erfindung war, und unter Verwendung von Desorbens 2, welches Pentan
war, ausgeführt.
Die Ergebnisse dieser zwei Zyklen sind sowohl für Desorbens 1 als auch für Desorbens
2 in den 8 bzw. 9 dargestellt.
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Wie
in 8 dargestellt, zeigen die Zyklen 1 und 2 nach
Verwendung von Methanol als Desorbens ausgezeichnete Ergebnisse,
mit einem stetigen Anstieg von Nitril im Produktstrom von Zyklus
1 nach ungefähr 150
Volumeneinheiten der Beschickung pro Volumeneinheit Adsorbens, und
einen stetigen Anstieg bei Zyklus 2 nach ungefähr 100 Volumeneinheiten. Bezugnehmend
auf 9 zeigt Zyklus 1 jedoch nach Behandlung mit Pentan
einen drastischeren Anstieg nach ungefähr 150 Volumeneinheiten pro
Volumeneinheit des Adsorbens, und Zyklus 2 zeigt einen fast sofortigen
Anstieg.
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Es
wird angenommen, dass die Verwendung von Methanol als Desorbens
gemäß der vorliegenden Erfindung
effektiver ist, da Methanol einen chemischen Austausch von Nitril,
Dien und anderen Verunreinigungen aus dem Adsorbens bereitstellt,
während
Pentan als Spülverbindung
ohne chemische Austauschkapazität wirkt.
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Daher
wird ein Adsorbens, ein Verfahren zur Darstellung eines Adsorbens,
ein Verfahren zur Verwendung des Adsorbens zur selektiven Entfernung
von Nitrilen aus einer nitrilhaltigen Beschickung, und ein Desorptionsverfahren
zur Wiederherstellung des Adsorbens offenbart, wobei das Adsorbens
sogar in Gegenwart von relativ großen Mengen an Dienen eine ausgezeichnete
Selektivität
und Langlebigkeit in Bezug auf die Entfernung von Nitrilverbindungen
aufweist.
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Es
soll außerdem
angemerkt werden, dass die Eigenschaften des Adsorbens der vorliegenden
Erfindung ebenfalls gut geeignet zur Verwendung des Adsorbens als
Katalysatorträgermaterial
sind.